DE2417536A1 - Geraet zum zumischen eines gasfoermigen und/oder eines fluessigen stoffes in ein anderes stroemungsfaehiges medium - Google Patents

Description

Soliden Aktiebolag Sto ckholm/Schweden

Gerät zum Zumischen eines gasförmigen und/oder eines flüssigen Stoffes in ein anderes strömungsfähiges Medium

Die Erfindung betrifft ein Gerät zum Zumischen eines gasförmigen und/oder eines flüssigen Stoffes in ein anderes strömungsfähiges Medium, z.B. Flüssigkeit oder eine Flüssigkeitssuspension, mit einem in einem da· strömungefähige Medium enthaltenden Behälter angeordneten und um «ine vertikale Achse rotierenden Rührer, der eine im wesentlichen horizontale Unterseite aufweist, an der radial gerichtete Schaufeln befestigt sind, die bei rotierendem Rührer eine gegen die Rührerunterseite nach oben und dann entlang der Rührerunterseite nach außen gerichtete Mediumströmung bewirken, und mit einem System zum Zuführen des zuzumisehenden flüssigen und/oder gasförmigen Stoffe zu einer unterhalb Führer-Unterseite liegenden Stelle.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gerät zu schaffen, das bei einfacher Konstruktion und zuverlässiger

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Betriebsweise das Zumischen von großen Gas- oder Flüssigkeitsmengen in ein anderes Medium ermöglicht, wobei einerseits eine gleichmäßige Verteilung erreicht und andererseits die benötigte Antriebsenergie minimal sein soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Gerät dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungssystem mindestens eine unter dem Rührer angeordnete und im v/es entlichen rechtwinklig auf die Rotationsachse des Rührers gerichtete Düse aufweist, die aus einem elastischen bzw. elastomeren Material besteht und eine schlitzförmige sich im Ruhestand selbsttätig schließende Düsenöffnung hat, die in einem solchen Abstand von dem Außenumfang des Rührers nach innen liegt, daß bei der Betriebsgeschwindigkeit des Rührers im wesentlichen der gesamte durGh die Düsenöffnung in vorverteilt·» Zustand in die nach oben zur Rührerunterseite gerichtete Mediumströmung zugeführte Stoff in den Bereich der Rührerschaufeln gelangt und durch die von diesen Schaufeln hervorgerufene Scherwirkung weiterverteilt bzw. dispergiert wird, und daß die Schaufeln sich über einen Abstand erstrecken, der zumindest 50?ί des Abstandes zwischen dem Hittelpunkt und d«a Außenumfang des Rührers ausmacht.

Das erfindungsgemäße Gerät ist insbesondere in Verbindung mit Schaumflotation«anlagen anwendbar, so wi· es auch in der folgenden Figur«nb«echreibung beschrieben ist. Das «rfindungsgemäße Gerät kann jedoch auch zu anderen Zwecken verwendet werden, und zwar dann, wenn es notwendig ist, ein Gas und/oder eine Flüssigkeit in einem anderen strömungsfähigen Medium zu dispergieren und gleichmäßig zu verteilen. So kann das erfindungsgemäße Gerät beispielsweise bei der biologischen Abwasserreinigung zur Aeration des Abwassers verwendet werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an Hand der Fig. 1 bis 5 beschrieben. Es zeigti

Fig. 1 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht einer mit dem

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erfindungsgemäßen Gerät versehenen Schaumflotationsanlage;

Fig. 2 eine Schnittansicht gemäß der Linie II-II in Fig. Ί,

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab eine Schnittansicht einer mehreren Düsen zugeordneten Ringleitung;

Fig. 4 teilweise im Schnitt eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäß benutzten Düsen, und

Fig. 5 einen Längsschnitt einer Düse gemäß den Fig. 1 und 4, und zwar rechtwinklig zu der schlitzförmigen Düsenöffnung.

Der in den Fig. 1 und 2 dargestellte Behälter 10 dient zur Aufnahme einer einer Flotationsbehandlung zu unterwerfenden Trübe bzw. Pulpe. Im unteren Bereich des Behälters sind zum Ein- und Austritt der Trübe in den und aus dem Behälter Öffnungen 11 angeordnet. Der Behälter ist zum Ableiten des E'lotationsschaumes mit einem' Überlauf 12 versehen. Der Behälter 10 ist an den am meisten beanspruchten, d.h. am meisten einem Abrieb unterworfenen Teilen mit einer Auskleidung 11, beispielsweise aus Gummi, versehen. Innerhalb des Behälters befindet sich ein Rührer 14, der lösbar am unteren Ende einer vertikalen Rührwerkswelle 15 angebracht ist, die mit ihrem oberen Ende drehbar in einem Lagergehäuse 16 gehalten und gelagert ist. Zum Antrieb der Rührwerkswelle 15 und damit des Rührers 14 ist ein Elektromotor 17 über einen Antriebsriemen mit einer auf der Rührwerkswelle 15 befestigten Riemenscheibe verbunden. Das Lagergehäuse 16 und der Motor 17 sind an einer Halterung 19 befestigt, die ihrerseits an dem Behälter 10 angebracht sein kann.

Der dargestellte Rührer 14 hat einen scheibenförmigen Abschnitt mit einer im wesentlichen horizontalen Unterseite 20, an der mehrere radial gerichtete Flügel oder Schaufeln 21 befestigt sind. Wenn der Rührer sich dreht, rufen diese Schaufeln 21 eine nach oben gegen die Unterseite des Rührers gerichtete Trübeströmung hervor, die, wenn sie gegen die Unterseite des Rührers auf trifft, unigelenkt wird und in Form einer gegen die Unter-

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seite des Rührers anliegenden Schicht vom Mittelpunkt des Rührers zu dessen Außenumfang strömt.

In den rotierenden gegen die Unterseite des Rührers 14 fließenden Trübestrom wird durch mehrere radial gerichtete Düsen 22 ein gasförmiges Medium, beispielsweise Luft, eingeblasen. Zu diesem Zweck liegen die Öffnungen der Düsen 22 in einem größeren Abstand von der Außenperipherie des Rührers 14 nach innen, wobei sie außerdem auch einen größeren Abstand von der Unterseite der Rührwerksscheibe haben. Auf diese Weise wird eine gute Vorverteilung der Luft in dem Trübestrom erhalten, bevor dieser die Unterseite des Rührers 14 erreicht. Wenn der Trübestrom mit der in ihm bereits dispergierten bzw. verteilten Luft die Schaufeln 21 erreicht und teilweise in die zwischen jeweils zwei Schaufeln und der Unterseite der Rührerscheibe gebildeten Kanäle eintritt, v/ird auf die bereits dispergierte bzw. vorverteilte Luft enthaltende Trübe ein wesentlicher Schereffekt ausgeübt, da der Rührer mit einer höheren RotationsgesGhwindigkeit umläuft als der mitrotierende Trübestrom. Dieser Schereffekt bewirkt, daß die bereits vorverteilte Luft weiter bzw. noch feiner in der Trübe dispergiert bzw. verteilt wird, wenn die Trübe sich radial nach außen zur Peripherie des Rührers bewegt. Radial außerhalb der Peripherie des Rührers können stationäre Flügeln bzw. Schaufeln 23 angeordnet sein, die eine weitere Dispersion bzw. Verteilung der Luft innerhalb der Trübe und eine Stabilisierung der Trübeströmung bewirken, so daß ein laminares Strömungsbild erhalten wird. Es hat sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn die Flügel bzw. Schaufeln 21 in radialer Richtung der Rührerscheibe eine verhältnismäßig große Länge haben, daß dadurch der Dispersions- bzw. Verteileffekt günstigt beeinflußt wird. Die Flügeln oder Schaufeln 21 haben vorzugsweise zumindest eine Länge, die 60 - 90% des Abstandes vom Hittelpunkt des Rührers bis zu dessen Peripherie entspricht. Obwohl sich die Schaufeln bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung in radialer Richtung erstrecken, ist es erfindungsgemäß auch möglich, die Schaufeln 21 zwischen dem Mittelpunkt des Rührers und der

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Peri—pherie in einem bestimmten Umfang einen schraubenlinienförmigen Verlauf zu geben. Die Schaufeln 21 enden vorzugsweise in einem bestimmten Abstand vor der Peripherie des Rührers 14, so daß in einem bestimmten umfang schon ein laminares Strömungsbild erreicht wird, bevor die Trübe die stationären Flügeln bzw. Schaufeln 21 erreicht. Wie es in Fig. 1 dargestellt ist, ist es ebenfalls vorteilhaft, die Flügel oder Schaufeln 21 in einem bestimmten Abstand vom Mittelpunkt des Rührers 14 enden zu lassen, wodurch der Eintritt der Trübe in die von den Schaufeln 21 und der Unterseite der Rührerscheibe gebildeten Kanäle erleichtert wird. Es hat sich gemäß weiterer Erfindung ebenfalls als vorteilhaft herausgestellt, die Tiefe bzw. Höhe der Schaufeln in Richtung auf die Peripherie des Rührers abnehmen zu lassen und zwar vorzugsweise in einem solchen Umfang, daß der Querschnitt dieser Kanäle zur Peripherie des Rührers hin abnimmt.

Die Düsen 22, die in solchem Umfang einer Abnutzung bzw. einem Abrieb ausgesetzt sind, bestehen aus einem verhältnismäßig v/eichen elastischen Material, beispielsweise Neoprengummi, der widerstandsfähig gegen Abrieb ist und nur geringe Materialermüdungserscheinungen aufweist. Die Düsenöffnung 24 hat die Form eines Schlitzes, der sich aufgrund der Elastizität des Materials selbst schließt, wenn die Luftzufuhr zur Düse unterbrochen ist. Die Düsen 22 gelten somit im wesentlichen als Rückschlagventile, die den Eintritt von Trübe in die Düsenkanäle und damit ein Verstopfen der Düsen verhindern. Das für die Düsen verwendete elastische Material hat vorzugsweise eine Härte von 30 - 40° Sh.A. Die schlitzförmige Düsenöffnung verläuft vorzugsweise im wesentlichen vertikal, so wie es in Fig. 4 dargestellt ist, wodurch eine bessere Vorverteilung bzw. Dispersion der Luft in der zur Unterseite des Rührers 14 fließenden Trübeströmung erreicht wird. Aufgrund dessen, daß die Düsen 22 einem Abrieb unterworfen sind, sind diese Düsen als gesonderte Einheiten gestaltet, die lösbar an einer gemeinsamen Ringleitung 25 befestigt ist, die über mit Gummi beschichtete Anschlußleiturigen 26, eine Verteilerkammer 27 und

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eine Leitung 28 an eine (nicht dargestellte) Druckluftquelle angeschlossen ist. Die Anschlußleitungen 26 sind mittels geeigneter Halterungen mit ihren oberen geschlossenen Enden an.dem Lagergehäuse 16 befestigt. Die Schaufeln 23 sind auf einem Tragring 29 angebracht und über Träger 30 lösbar an den Anschlußleitungen 26 befestigt.

Die Ringleitung 25, von der in Fig. 3 ein Abschnitt in vergrößertem Maßstab dargestellt ist, hat einen im wesentlichen U-förmigen Querschnitt mit zwei Schenkeln 31 und 32 und einem Basissteg 33 am Innenumfang der Ringleitung. Der U-förmige Ringleitungsteil besteht aus einem verhältnismäßig harten, nachgiebigen Material, beispielsweise Gummi, mit einer Härte von etwa 60°Sh.A. Die Stege 31 und 32 sind am Außenumfang der Ringleitung mit einem Abschlußring 34, vorzugsweise aus Metall, versehen, der zur lösbaren Befestigung der unteren Enden der Anschlußleitungen 26 mit Öffnungen 35 versehen ist. Der Basissteg 33 ist mit Ansätzen 36 versehen, über die die im einzelnen in den Fig. 4 und 5 dargestellten Düsen 22 zum Zwecke der lösbaren Befestigung gezogen sind. Jede Düse 22 hat an dem von der Düsenöffnung 24 abgewandten Ende eine zylindrische Öffnung 37, die im wesentlichen durch eine Ringwand begrenzt wird, an die sich im Inneren der Düse eine Ringnut 38 anschliei3t, deren Tiefe zur Düsenöffnung 24 hin abnimmt. Jeder Ansatz 36 ist an seinem nach innen ragenden Ende mit einem Ringvorsprung 39 versehen, der in die Ringnut 38 paßt, so daß die Düse 22, nachdem sie auf den Ansatz 36 aufgezogen worden ist, lösbar an diesem befestigt ist. Jeder Ansatz 36 weist weiterhin einen zylindrischen Abschnitt 40 auf, dessen Länge gleich der Länge der Öffnung 37 ist und dessen Außendurchmesser dem Innendurchmesser der Öffnung 37 entspricht, wodurch gewährleistet ist_s daß die Düse 22, nachdem sie auf den zugeordneten Ansatz aufgezogen worden ist, ihre erwünschte Position beibehält. Um die einzelne Düse auf dem zugeordneten Ansatz festzuhalten, kann beispielsweise ein elastischer O-Ring verwendet werden, zu dessen Aufnahme die Düse an ihrem Umfang mit einer umlaufenden Nut 41 versehen ist. Die Verwendung von, Einzeldüsen ist

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sehr vorteilhaft. In der Praxis hat es sich herausgestellt, daß die Düsen bei weitem schneller abgenutzt werden als die übrigen Teile des Luftzuführungssystems. Die Kosten für einen Lüsensatz betragen etwa 1/10 der Kosten der Ringleitung 25} bei Benutzung der beschriebenen Befestigungsanordnung können die Düsen ohne Demontage und 'Wiedermontage der übrigen Teile des Flotationsaggregates schnell und einfach ausgetauscht werden.

Die Düsen werden vorzugsweise geringfügig nach unten geneigt (siehe Fig. 1) angebracht. Falls notwendig, können gleichzeitig mit der Luftzufuhr der Trübe durch die Düsen Chemikalien od. dgl. zugeführt werden. Wenn sich innerhalb der Düsen 22 irgendwelche Stoffe abgelagert haben, können diese leicht dadurch entfernt v/erden, daß Wasser oder ein geeignetes anderes Lösungsmittel durch das Luftzuführungssystem 22, 24 - 28 hiiidurchgeleitet wird. Es ist nicht notwendig, daß sämtliche Düsen im wesentlichen rechtwinklig zur Rotationsachse des Rührers 14 gerichtet sind. Es. ist jedoch wesentlich, daß die öffnungen 44 jeder Düse so geformt ist, daß das durch die Düsenöffnung austretende Medium im v/es entlichen rechtwinklig zur Rotationsachse gerichtet ist.

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, große Luftmengen od. dgl. in einer Trübe, die einem Flotationsprozeß unterworfen wird, zu verteilen bzw. zu dispergieren, ohne daß das sogenannte "Durchbrechen" auftritt, d.h. die Bildung von großen Luftblasen, die in der Trübe schnell nach oben steigen, ohne zum Flotationsprozeß beizutragen. Derartige große Luftblasen mindern ebenfalls die Wirksamkeit von sehr kleinen Luftblasen. Durch das Einleiten von großen Mengen fein verteilter bzw. fein dispergierter Luft in die Trübe wird deren Dichte herabgesetzt, wodurch die Antriebsenergie reduziert wird, die zum Antrieb des Rührers mit der erwünschten Drehzahl benötigt wird. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß die erfindungsgemäße Flotationsanlage, obwohl nur ein Rührer verwendet wird, verhältnismäßig große Abmessungen haben kann, ohne daß die

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spezifische Luftbeimischungskapazität herabgesetzt wird. Es hat sich sogar als vorteilhaft"herausgestellt, die Abmessungen der Flotationsanlage unter Berücksichtigung der spezifischen Luftbeimischungskapazität zu vergrößern, was erfahrungsgemäß bei bekannten Flotationsanlagen vergleichbarer Art nicht möglich ist.

Der erfindungsgemäße Rührapparat hat vorzugsweise einen Rührer 14, dessen Radius R zwischen 200 - 700 mm liegt, wobei eine Drehzahl benutzt wird, um eine Umfangsgeschwindigkeit 5-10 m/s zu erreichen. Die Flügeln bzw. Schaufeln, deren Höhe vorzugsweise zwischen 20 - 60 mm, insbesondere 50 mm beträgt, fangen vorteilhafterweise in einem Abstand vom Hittelpunkt des Rührers an, der bei 0,5 R bis 0,2 R, insbesondere etv/a 0,1 R liegt, wobei sie auch in dem gleichen Abstand von dem Außenumfang des Rührers enden. Der Abstand der Düsenöffnungen 24 von den unteren Kanten der Schaufeln 21 beträgt vorzugsweise 0,1 R bis 0,35 R, insbesondere 0,1 bis 0,25 R. Der Druck, mit dem das Medium durch die Düsen 22 in die Trübe eingeblasen wird, übersteigt um vorzugsweise 10-40 kPa den statischen Druck derTrübe im Bereich der Düsenöffnungen 24.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung können mehrere mit Schaufeln versehene Rührer über und/oder nebeneinander in ein und demselben Behälter angeordnet sein, wobei sich das erfindungsgemäße Mischgerät auch unabhängig von einem Flotationeprozeß od. dgl. zua Zumischen von flüssigen oder gasförmigen Stoffen in ein anderes strömungsfähiges Medium eignet.

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Claims (9)

Patentansprüche

1. Gerät zum Zumischen eines gasförmigen und/oder eines flüssigen Stoffes in ein anderes strömungsfähiges Medium, z.B. Flüssigkeit oder eine Flüssigkeitssuspension, mit einem in einem das strömungsfähige Medium enthaltenden Behälter angeordneten und um eine vertikale Achse rotierenden Rührer, der eine im wesentlichen horizontale kreisförmige Unterseite aufweist, an der radial gerichtete Schaufeln befestigt sind, die bei rotierendem Rührer eine gegen die Rührerunterseite nach oben und dann entlang der Rührerunterseite nach außen gerichtete Mediumströmung bewirken, und mit einem System zum Zuführen des zuzumischenden flüssigen und/oder gasförmigen Stoffe zu einer unterhalb der Rührerunterseite liegenden Stelle, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungssystem mindestens eine unter dem Rührer (14) angeordnete und im wesentlichen rechtwinklig auf die Rotationsachse des Rührers (14) gerichtete Düse (22) aufweist, die aus einem elastischen bzw. elastomeren Material besteht und eine schlitzförmige sich im Ruhestand selbsttätig schließende Düsenöffnung (24) hat, die in einem solchen Abstand von dem Außenumfang des Rührers nach innen liegt, daß bei der Betriebsgeschwindigkeit des Rührers (14) im wesentlichen der gesamte durch die Düsenöffnung (24) in vorverteiltem Zustand in die nach oben zur Rührerunterseite (20) gerichtete Mediumströmung zugeführte Stoff in den Bereich der Rührerschaufeln (21) gelangt und durch die von diesen Schaufeln (21) hervorgerufene Scherwirkung weiterverteilt bzw. dispergiert wird, und daß die Schaufeln (21) sich über einen Abstand erstrecken, der zumindest 50% des Äbstandes zwischen dem Mittelpunkt und dem Außenumfang des Rührers (14) ausmacht.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schlitzförmige Düsenöffnung (24) im wesentlichen vertikal verläuft.

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3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Zuführungssystem mehrere Düsen (24) aufweist, die einzeln lösbar an einer gemeinsamen Leitung (24), vorzugsweise Ringleitung, für den zuzumischenden gasförmigen und/oder flüssigen Stoff befestigt sind.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß die an der Unterseite (20) des Rührers (14) befestigten Schaufeln mit Abstand vom Mittelpunkt des Rührers (14) enden.

5· Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die an der Unterseite des Rührers (14) befestigten Schaufeln (21) mit Abstand von der Peripherie des Rührers enden.

6. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufeln (21) sich'über eine Länge erstrecken, die 70 - 90Jo des Abstandes zwischen dem- Mittelpunkg und der Peripherie des Rührers (14) ausmacht.

7. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Schaufeln (21) zur Peripherie des Rührers (14) hin abnimmt.

8. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung (24) jeder Düse (22) von der Drehachse des Rührers (14) in einem Abstand angeordnet ist, der 0,1 R bis 0,5 R, vorzugsweise 0,1 R bis 0,25 R entspricht, wobei R gleich dem Radius des Rührers ist.

9. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenöffnung (24) jeder Düse von der unteren Kante der an der Unterseite (20) des Rührers (14) befestigten Schaufeln (21) in einem Abstand angeordnet ist, der gleich 0,1 R bis 0,35 R, vorzugsweise 0,1 E bis 0,25 R ist, wobei R gleich dem Radius des Rührers (14) 1st.

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